Ньютона маятник. Настольный маятник Ньютона

Маятник Ньютона - завораживающее зрелище, демонстрирующее фундаментальные законы физики. Эта статья поможет разобраться, что представляет собой маятник Ньютона, его устройство и принцип работы.

История создания маятника Ньютона

Кто придумал маятник Ньютона и когда? На самом деле этот маятник не был изобретен самим Ньютоном. Его придумал и запатентовал в 1967 году английский актер Саймон Преббл для деревянной модели, выпускаемой компанией Scientific Demonstrations Ltd.

Почему же тогда он назван в честь Ньютона? Потому что именно Ньютон открыл те самые физические законы, которые демонстрирует эта конструкция:

• Закон сохранения импульса
• Закон сохранения энергии
• Преобразование одного вида энергии в другой

Первые модели маятника Ньютона были очень простыми - всего пять деревянных шаров на подвеске. Но со временем конструкция совершенствовалась, появлялись модели из разных материалов, разных размеров и дизайнов.

Принцип работы маятника Ньютона

В чем заключается принцип работы маятника Ньютона и какие физические законы лежат в его основе?

Давайте рассмотрим пример с 5 шарами. Если отклонить крайний левый шар в сторону и отпустить, он ударится о следующий шар и передаст ему часть своей энергии. Этот второй шар передаст энергию третьему, третий - четвертому. И в итоге пятый крайний шар отскочит в противоположную сторону с такой же скоростью, с которой двигался первый.

Импульс последовательно пройдет по всей цепочке шаров и заставит отскочить последний, при этом остальные шары останутся на месте.

Это и есть демонстрация закона сохранения импульса и энергии. Кинетическая энергия движения первого шара преобразуется в потенциальную энергию второго, затем снова в кинетическую у третьего и так далее по цепочке.

Конечно, на практике некоторая часть энергии теряется из-за трения и деформации шаров. Поэтому пятый шар подпрыгивает не совсем так же высоко. Но в идеальных условиях энергия сохранялась бы полностью.

Математически это описывается с помощью двух уравнений - закона сохранения импульса и закона сохранения энергии для данной системы шаров.

Устройство типичного маятника Ньютона

Как устроен типичный настольный маятник Ньютона? Рассмотрим его основные элементы и параметры.

Количество шаров

Чаще всего используется 5 шаров, реже 3 или 7. 5 шаров считается оптимальным компромиссом - меньше шаров, и эффект не так заметен, больше - и конструкция становится громоздкой.

Материал шаров

Шары изготавливают из металла, чаще всего стали или латуни. Иногда используют дерево, пластик, стекло.

Размеры

Диаметр шаров обычно варьирует от 1 см до 3 см. Длина подвески от 10 до 30 см. Основание чаще 15-20 см в ширину и глубину.

Конечно, есть и более компактные модели для рабочего стола, и очень большие маятники для публичных выставок. Но приведенные параметры наиболее типичны.

Варианты настольных моделей маятника Ньютона

Настольный маятник Ньютона выпускается в различных вариантах исполнения. Рассмотрим некоторые из них.

Стандартные модели

Самые распространенные - это модели из 5 металлических шаров на металлических подвесках с пластиковым или деревянным основанием. Они компактны и недороги.

Уменьшенные и увеличенные модели

Для оформления рабочего места часто используются миниатюрные модели высотой 5-10 см. А для демонстрации на публике создают гигантские маятники высотой до 2 метров.

Модели с уникальным дизайном

Встречаются эксклюзивные модели с нестандартными материалами и оригинальным внешним видом - например маятник в виде молекулы ДНК.

Интересные и необычные модификации

Маятник Ньютона своими руками

Конструкция настолько проста, что маятник Ньютона можно легко сделать самому из подручных материалов - деревянных шариков, веревок и доски.

Гигантские рекордные модели

Самые большие экземпляры достигают 2-3 метров в высоту и используют вместо шаров боулинговые шары диаметром 20-30 см.

Применение маятника Ньютона

Антистресс маятник Ньютона

Размеренные колебания маятника Ньютона действуют успокаивающе и помогают снять напряжение и стресс.

Декоративный элемент

Маятник Ньютона часто используется как декор интерьеров, подарок или сувенир.

Покупка маятника Ньютона

Где можно купить маятник Ньютона в Санкт-Петербурге? Обычно его можно найти в магазинах подарков и сувениров, а также заказать в интернет-магазинах.

Советы по выбору маятника Ньютона

При выборе маятника Ньютона стоит обратить внимание на следующие параметры:

Материал изготовления

Лучше выбирать модели с металлическими шарами - они более долговечны по сравнению с деревянными или пластиковыми.

Крепление подвески

Подвеска должна быть надежно закреплена, иначе со временем маятник может сломаться.

Вес шаров

Чем больше вес шаров - тем эффектнее работа маятника и тем дольше он будет раскачиваться.

Размеры основания

Основание должно быть достаточно тяжелым, чтобы надежно удерживать конструкцию и гасить колебания.

Изготовление маятника Ньютона своими руками

Конструкция маятника Ньютона настолько проста, что при желании его можно сделать самостоятельно из подручных материалов.

Выбор материалов

Для изготовления сойдут деревянные или пластиковые шарики, веревки или леска, и любая плоская поверхность в качестве основания.

Способы крепления

Шарики можно подвесить на клей, прикрутить саморезами к основанию, зажать между двумя планками и т.д. Главное, чтобы они свободно соприкасались.

Варианты дизайна

Можно добавить светодиоды, раскрасить основание, сделать шарики разноцветными - словом, дать волю фантазии.

Полезные советы по созданию маятника Ньютона

Рассмотрим несколько полезных советов для тех, кто решил создать маятник Ньютона своими руками.

Выбор оптимального количества шаров

Лучше использовать нечетное количество шаров - 3, 5 или 7. Это обеспечит симметричность конструкции и равномерную передачу энергии от одного края к другому.

Подбор одинаковых по размеру шаров

Важно, чтобы все шары были одного диаметра и веса. Иначе они будут передавать энергию неравномерно.

Натяжение подвесок

Следите за тем, чтобы все подвески были одинаково натянуты. Иначе шары будут касаться друг друга под наклоном.

Материал основания

Лучше использовать тяжелое и нескользкое основание, чтобы шары не смещали всю конструкцию при раскачке.

Регулировка высоты подвеса

Подбирайте оптимальную высоту подвески шаров - чем она больше, тем амплитуднее колебания маятника.